第五、七章高分子装备

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1、1、试以某塑料瓶为例，自选成形方法、简述其成形工艺过程，并列举各过程中典型装备名称，及重要参数。 2、试简述对工业自动化的理解，之后以陶瓷茶壶为例，简述其自动化成形过程，并列举各过程中典型装备的名称 （至少写出 4种装备名称) 3、试简述玻璃瓶成形的工艺过程，并列举各过程中典型装备名称。,思考习题,5.1 概论 5.2 塑料注射机 5.3 数字塑料注射机,第5章,高分子材料成形设备及自动化,内容提要,高分子：分子量大于104，即分子量超过1万的分子。 对于那些多次重复单元连接成的物质叫高分子材料、聚合物 聚合物：包括塑料、橡胶和合成纤维等。 聚合物加工：将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改

2、性材等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 聚合物加工技术的基本任务是：研究聚合物加工方法及所获得 的产品质量与各种因素(材料的流动和形变行为、各种加工条件参 数及设备结构等)的关系。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1 概论,具有一些特有的加工性质如： 1、可模塑性 (Mouldability) 2、可挤压性 (Extrudability) 3、可纺性 (Spinnability) 4、可延性 (Stretchability),这些加工性质为聚合物材料提供了适于各种加工技术的可能性，这也是聚合物能得到广泛应用的重要原因。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1.1 高分子材料的

3、加工性能,1、可模塑性 即：材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。 具有可模塑性的材料可通过注射、模压和挤出等成型方法成形。 可模塑性主要取决于：材料的流变性、热性质和其它物理力学性质等， 热固性聚合物还与聚合物的化学反应性有关。 选择适当的温度和压力使成型达到模塑的最佳区域。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1.1 高分子材料的加工性能,2、可挤压性 即：聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。 只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得宏观而有用的形变。 可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。 材料的挤压性质还与加工设备的结构有关。,3、可纺性 即：聚合

4、物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。 主要取决于材料的流变性质，熔体粘度、熔体强度以及熔体的热稳定 性和化学稳定性等。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1.1 高分子材料的加工性能,4、聚合物的可延性 即：表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。 材料的这种性质为生产长径比很大的产品提供了可能，利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维。 但工业生产上仍以拉伸法用得最多。,高分子材料成形设备及自动化,5.1.1 高分子材料的加工性能,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1.1 高分子材料的加工性能,第5章,高分子材料成形设

5、备及自动化,5.1.1 高分子材料的加工方法,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1.3 高分子材料成形设备的特点,聚合物加工与成形通常有以下形式： 1、聚合物熔体的加工； 2、类橡胶状聚合物的加工； 3、聚合物溶液的加工； 4、低分子聚合物或预聚物的加工； 5、聚合物悬浮体的加工； 6、聚合物的机械加工。,大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程： 1、首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状； 2、然后设法保持取得的形状(即固化)。,根据聚合物在加工过程有否物理或化学变化分为： 1）热塑性聚合物的加工： 加工过程主要发生物理变化。例如注射成型、挤出成型 (包括吹塑成型、纤维纺丝)

6、、压延成型、热成型、搪塑成型和流涎薄膜等。 2）单体/低聚合物的加工：加工过程主要发生化学变化。引发剂或加热，发生聚合或交联反应而固化。 3）热固性塑料的加工： 加工过程中同时兼有物理和化学变化。例如在加工过程中有 加热流动和交联固化作用，热固性塑料的模压成型、注射成型和传递模塑成型以及橡皮的成型等属于这一类。 加工技术大致包括4个过程： 1）温和、熔融和均化作用； 2）输送和挤压； 3）拉伸或吹塑； 4）冷却和固化,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.1.3 高分子材料加工成形的特点,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,注射机:又名注塑机,是将热塑性塑料或热固性料利用

7、塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。注射成型是通过注塑机和模具来实现的 注塑机按外形分类：立式、卧式 按对原料的塑化和注射方式：柱塞式、螺杆式、排气式注射机 按加工能力分为：超小型、小型、中型、大型、超大型注塑机 无论那种注塑机，其基本功能有两个： 加热塑料，使其达到熔化状态； 对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。,照片,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机-卧式螺杆式,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,工作原理图,塑化装

8、置：由螺杆和加热料筒组成，在螺杆头部装有防止熔体倒流的止逆环和各种剪切或混炼元件； 螺杆驱动装置：主要由减速装置、轴承支架、主轴套和螺杆驱动电机或液压马达组成。预塑化时，动力通过主轴套和轴承支架上的减速装置带动螺杆旋转。 注射装置：主要由注射油缸和活塞及喷嘴组成。在注射时，油缸产生注射推力，通过主轴推动螺杆向头部熔体施高压，使熔体通过喷嘴充入模腔。 注射座：是一个可以在机身上移动的基座，塑化装置、注射装置以及计量装置和料斗都固定在注射座上。注射座在油缸作用下，可以做整体前进或后退，使喷嘴与模具接触或离开。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,模具结构原理,第5章,高分子材料

9、成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,在动模板或定模板上还装有调模机构，以便在一定的范围内调 节模具厚度。,在动模板的后侧装有液压及机械顶出装置。动模板在开启模具 时，可通过模具中的顶出机构，从模腔中顶出制品。,成形原理,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,2、注射压力注射时为了克服熔料流经喷嘴、浇道和模腔等处的流动阻力，螺杆（或柱塞）对塑料必须施加足够的压力，此压力称之为注射压力。 3、注射速率、注射速度、注射时间：熔料冲模快慢特性的参数。 4、注射功及注射功率：冲模时机器做功能力的大小 5、塑化能力：螺杆与机筒在单位时间内可供熔融树脂的最大能力； 6、回复率：螺杆间断工

10、作时恢复原注射状态能力的大小。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2.1 塑料注射机-注射参数,注射装置主要作塑化粒状塑料和注射熔料入模之用。 注射部分的参数即表示注塑机在注射、塑化性能方面的特征参数。,1、注射量以体积计量即为注射容积 分为理论注射容积、注射容积和当量注射容积等。,5.2.2 合模力性能参数,合模力性能参数，主要用来表示该部件在工作时所能提供的力和模具安装尺寸等特性。 螺杆作用于熔料的压力，在熔料流经机筒、喷嘴、模具的浇注系统后，将要损失一部分。余下的即为模腔内的熔料压力，简称模腔压力。 在注射时，要使模具不被 模腔压力所形成的胀模力 顶开，就必须对模具施以 足够的夹紧

11、力，即合模力。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2.1 塑料注射机-合模力性能参数,对注塑机工艺参数要求： 1.最大注塑量常为制品重量的2.5倍； 2.机械开模间距大，锁模力应大于单位面积注塑力的总和（Skg/cm2P锁 ）； 3.注塑机应有加热，冷却、液压等接头，并方便于模具连接； 4. 液压系统稳定，机械运动中不允许有卸油停工的现象。,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2 塑料注射机,配备上下料机械手,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2.1 塑料注射机,模具结构,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2.1 塑料注射机,汽车保险杠模具安装照片,第5章,高分子材料成形

12、设备及自动化,5.2.1 塑料注射机,汽车保险杠三维模型,注塑合模途中,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2.1 大型塑料注射机,保险杠注塑成型,第5章,高分子材料成形设备及自动化,5.2.1 大型塑料注射机,第7章,其它重要材料成形装备,内容提要,7.1 陶瓷成形装备 7.2 玻璃成型装备 7.3 粉末材料成形装备,7.1 陶瓷成形装备 7.1.1 陶瓷技术装备概述,（1）硅酸盐制品或材料主要包括：陶瓷、玻璃、水泥； （2）以粘土为主要原料烧成的多晶、多相聚集体制品，包括土器、陶器、炻器、瓷器等统称为陶瓷； （3）陶瓷产品包括：日用美术陶瓷、建筑卫生陶瓷、电瓷、工业陶瓷、特种陶瓷（如磨

13、料、合金、生物陶瓷、环保陶瓷、功能陶瓷、新材料等）、陶瓷原料、釉料、技术装备等。,第7章,其它重要材料成形装备,（4）现代化陶瓷工业生产过程,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.1 陶瓷技术装备概述,（5）陶瓷制品生产工艺过程与方法综合示意图,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.1 陶瓷技术装备概述,（6）陶瓷技术装备,包括原材料制备、釉料制备、成形、烧成等专业装备； 陶瓷技术装备按其在生产过程中的主要用途可划分为10大类（详见参考书） 按装备的来源和使用特性，陶瓷装备又可分为三大类： 1）行业专业装备（如滚压成形机、自动压砖机等）； 2）行业通用装备（如球磨机、泥浆泵）； 3）通用装备（

14、各行业都可用的装备，如皮带运输机等）,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.1 陶瓷技术装备概述,原料生产加工包括：钻探、开采、精选精制、粉碎粉磨、混合、去除杂质、浓缩与脱水、质量检测等。 主要装备包括：矿山开采装备、精选装备、各类粉碎粉磨装备、筛分装备、除铁器、搅拌器、压滤机、泥浆泵、真空 练泥机、喷雾干燥器、粉仓等 。 本教材中介绍了：球磨机、压滤机、真空练泥机。,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.2 陶瓷原料生产加工装备,（1）球磨机：陶瓷原料的粉磨与混合,图7-3 不同类型的球磨机 (a) 瓷瓶球磨机 (b) 中心传动球磨机 (c) 电机、减速箱、皮带边缘传动球磨机 (d)全皮带边

15、缘传动球磨机 (e) 带内衬和研磨体的筒体立面,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.2 陶瓷原料生产加工装备,图7-5 研磨体在筒体内的运动形式 (a) 泻落式 (b) 离心式 (c) 抛落式,图7-6 研磨体运动轨迹分析,研磨体离开圆弧轨迹抛落的条件是：,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.2 陶瓷原料生产加工装备,图7-7 厢式压滤机过滤脱水结构原理 1滤板 2滤布 3滤腔（形成滤饼） 4阴阳螺栓,图78 液压压滤机结构图 1尾板 2旋阀 3进浆管道 4滤片 5横梁 6液压系统 7头板 8液压缸 9机座,（2）压滤机:榨泥机-泥浆脱水机械,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.2 陶瓷

16、原料生产加工装备,（3）真空练泥机 在陶瓷工业中，通常采用真空练泥机对泥料进行加工，清除泥浆中的气泡，提高泥料组分的均匀性和致密性,图710 双轴式真空练泥机的结构示意图 1电动机 2齿轮箱 3加料口 4梳状挡泥板 5上绞刀轴 6筛板7真空管道 8真空室照明灯 9真空表 10真空室 11下绞刀轴 12机头 13机嘴,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.2 陶瓷原料生产加工装备,第7章,其它重要材料成形装备,7.1.3 成形机械装备,将陶瓷坯料按照预定的要求制定具有一定强度、形状和尺寸的坯体的工艺过程称为成形。 现代陶瓷的成形方法可分为四类：塑性成形法、注浆成形法、粉料压力成形法（干压法）和特种成形法。 塑性成形法在日用陶瓷工业、电瓷工业中广泛采用，常用的塑性成形设备中又包括滚压成形机、旋坯机、挤坯机等。 本节介绍常用的滚压成形机和注浆成形机及生产线。,（1）滚压成形机及生产线,1）滚压成形的基本原理,(a) 阴模滚压成形（外-碗） (b) 阳模滚压成形（内-盘）,第7章,其它重要材料成形